Измерительный кристалл, микрофлюидное устройство и способ

Измерительный кристалл, микрофлюидное устройство и способ

Иллюстрации

Показать все

Реферат

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение относится к измерительному кристаллу для использования с микрофлюидной резистивной схемой, содержащей микрофлюидную ступень разбавления пробы, выпускное отверстие для пробы и выпускное отверстие для отходов, оба во флюидной связи с упомянутой ступенью разбавления, причем измерительный кристалл содержит канал пробы для приема пробы от упомянутого выпускного отверстия для пробы, причем канал пробы содержит измерительное средство и имеет первое флюидное сопротивление.

Настоящее изобретение дополнительно относится к микрофлюидному устройству, имеющему такой измерительный кристалл и микрофлюидную схему.

Настоящее изобретение дополнительно относится к способу изготовления такого измерительного кристалла.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В здравоохранении существует тенденция к разработке так называемых устройств, применяемых на месте лечения (POC), которые представляют собой небольшие устройства, часто с компонентами одноразового использования, такими как картриджи, которые могут использоваться при диагностике и лечении больных в качестве альтернативы большому и дорогому оборудованию для проведения анализа.

Широко используемым диагностическим тестом является полный анализ крови (FBC), который представляет собой диагностический тест, который используется для измерения клеточного состава крови. Он может предоставлять информацию о состоянии иммунной системы больного, о способности крови распространять кислород и/или о способности крови эффективно свертываться. По существу, он представляет собой основной тест, который часто используется в качестве первоначального диагностического средства «общего назначения» или в качестве более специализированного решения по мониторингу. Примеры циклов оказания медицинских услуг, которые включают в себя полный анализ крови в качестве средства мониторинга, включают в себя онкологию, артрит и болезнь Крона. Целых 300 миллионов тестов FBC выполняются каждый год в промышленно развитом мире.

В настоящее время крупномасштабные коммерческие лабораторные приборы, известные как гематологические анализаторы, используются для автоматического выполнения всех измерений, которые содержат FBC. Высокая стоимость и сложность этих приборов, связанная с необходимостью венозной крови, означает, что они представляют собой, главным образом, крупномасштабное централизованное оборудование. Существует очевидная клиническая потребность в выполнении FBC в ближнем окружении больного, особенно для применений, которые требуют полный анализ крови для мониторинга развития и/или лечения болезни.

Ранее, были разработаны микрофлюидные устройства, применяемые на месте лечения, которые способны измерять индивидуальные составляющие FBC. В этой области доступны устройства измерения гемоглобина (Hb), счетчики белых кровяных клеток (WBC), способные выполнять определение процентного содержания белых кровяных клеток, и устройства подсчета тромбоцитов, устройства, которые оптически подсчитывают и определяют размер красных кровяных клеток. Для подсчета клеток современные гематологические анализаторы обычно применяют подсчет электрическим счетчиком Коултера и/или способы оптического рассеивания для подсчета и дифференциации белых клеток и подсчета и определения размера красных кровяных клеток и тромбоцитов.

В настоящий момент существует только несколько примеров технологий микрофлюидного счетчика Коултера. Один пример объединяет счетчик Коултера с измерением Hb. Другой пример подсчета клеток выполняется посредством проточной импедансной спектроскопии. Она представляет собой проточный цитометрический анализ, который особенно подходит для микрофлюидного формата. Этот метод способен выполнять дифференциацию между лимфоцитами, моноцитами и нейтрофилами в лизированной крови и подсчитывать и определять размер красных кровяных клеток и тромбоцитов.

Современным «золотым стандартом» для измерения Hb является фотометрический цианметгемоглобиновый (HbCN) метод, описанный в «Standardization of hemoglobinometry II, The hemiglobincyanide method, Clin Chim Acta, 1961, 6, p.38-44. Этот метод включает в себя химический лизис красных кровяных клеток и последующее маркирование всех Hb, которые эти клетки выделили посредством иона цианида. Метки создают определенный профиль поглощения с максимумом при 540 нм. Посредством измерения оптического поглощения при 540 нм может определяться концентрация Hb. Кроме того, высокая стабильность HbCN означает, что легко доставлять стандарт калибровки.

Наиболее общий лизирующий реагент красных кровяных клеток/превращения цианида известен как реагент Драбкина. Реагент Драбкина содержит цианистый калий, который является очень токсичным. Этот реагент работает только для очень больших разбавлений цельной крови (1:251), так как лизис красных кровяных клеток основывается на низкой ионной силе реагента для вызова осмотического шока. Это большое разбавление вызывает присущую неточность в методе. Кроме того, для измерения поглощения при 540 нм требуются очень большие длины оптического пути ~1 см. Наконец, в некоторых патологических пробах помутнение может приводить к ошибочно высоким отсчетам поглощения, которые, в свою очередь, вызывают неправильные концентрации Hb.

Чтобы избежать проблем, связанных с токсичностью и помутнением, были разработаны многочисленные другие оптические средства измерения Hb. Известные устройства, применяемые на месте лечения, используют азид натрия для превращения Hb в скоординированную азидом производную Hb (азид-метгемоглобин, HbN₃). Этот способ годится для абсорбционной спектроскопии с короткой длиной пути (0,1 мм), так как сухие реагенты устраняют необходимость разбавления цельной крови. Снимаются два отсчета спектральной поглощательной способности для определения концентрации HbN₃, т.е. одно при максимуме поглощения (565 нм) и одно при 800 нм для коррекции помутнения.

Для счетчика WBC/Hb, применяемого на месте лечения, был разработан раствор лизиса RBC, который сохраняет WBC, в то же время маркируя молекулы Hb имидазолом. Подобным образом, как описано выше, оптическое поглощение маркированной имидазолом разновидностей Hb измеряется на двух длинах волны, т.е. одно при пике поглощения и одно для коррекции эффектов помутнения и рассеяния для белых кровяных клеток. Этот же раствор также может пропускаться через счетчик Коултера для выполнения подсчета клеток.

Другой известный лизирующий реагент/реагент превращения Hb основан на лаурилсульфате натрия/додецилсульфате натрия (SLS/SDS). SDS лизирует все кровяные клетки и маркирует Hb для получения координированной SDS производной. Так как SDS представляет собой молекулу ПАВ (поверхностно-активное вещество), коррекция помутнения не является обязательной, и, поэтому, выполняется единственный отсчет поглощения на 535 нм для определения концентрации Hb. Этот способ разработан для больших разбавлений Hb, поэтому присущая неточность, присутствующая в измерении HbCN, также присутствует в измерении HbSDS.

Все вышеприведенные устройства и методы способны выполнять данные измерения при взятии крови из пальца. Однако ни одно из вышеописанных устройств и методов не способно измерять все параметры, которые требуются для FBC в единственном измерении POC. Недавно в WO 2010/086786 было описано микрофлюидное устройство, способное выполнять FBC в единственном измерении POC. Это микрофлюидное устройство содержит две ступени подготовки пробы, одна для разбавления части пробы крови лизирующим агентом для подсчета белых кровяных клеток и подавляющим раствором и подачи разбавленной части на средство измерения импеданса и вторая ступень разбавления для разбавления другой части пробы крови разбавителем для измерения гемоглобина и подачи разбавленной другой части на средство измерения для определения свойств красных кровяных клеток, таких как количество RBC, уровень HB и количество тромбоцитов. Разбавитель подается в пробу крови несколько раз для получения высокого соотношения разбавления. Следовательно, только часть пробы для подсчета RBC используется для фактического подсчета RBC, причем значительно более 90% от различных ступеней разбавления подается в отходы.

Является первостепенной важностью то, что четко определяются расходы через такое микрофлюидное устройство для достижения точных результатов измерения FBC. Такие расходы могут контролироваться с использованием отдельных насосов для каждого потока текучей среды, но это является довольно дорогостоящим. Альтернативно, расходы могут четко определяться (т.е. настраиваться) на этапе разработки микрофлюидного устройства посредством настройки размеров (т.е. флюидного сопротивления) флюидных каналов, формирующих микрофлюидную схему. Так как характерные размеры микрофлюидной схемы обычно больше характерных размеров, например, кристалла измерения импеданса, легче и, поэтому, экономически эффективнее изготавливать микрофлюидную схему и измерительный кристалл в отдельных процессах.

Это, однако, усложняет настройку микрофлюидного устройства. Например, так как только часть разбавленной пробы крови подается на измерительный кристалл, оставшаяся часть разбавленной пробы крови обычно подается в отходы, как ранее описано. Вследствие больших характерных размеров микрофлюидной схемы по сравнению с кристаллом измерения импеданса, канал отходов в микрофлюидной схеме обычно должен содержать элемент согласования флюидного сопротивления, чтобы гарантировать, что отношение флюидного сопротивления канала отходов и измерительного канала через кристалл измерения импеданса четко определяется и является сравнимым.

Однако было обнаружено, что этот элемент согласования не всегда достигает удовлетворительной настройки. Это потому, что допуски производственного процесса микрофлюидной схемы не зависят от допусков производственного процесса кристалла измерения импеданса, так что не могут точно прогнозироваться требуемые размеры элемента согласования.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение стремится обеспечить измерительный кристалл для использования с микрофлюидной резистивной схемой, в которой расход может легко контролироваться.

Настоящее изобретение дополнительно стремится обеспечить микрофлюидное устройство, содержащее такой измерительный кристалл.

Настоящее изобретение также стремится обеспечить способ изготовления такого измерительного кристалла.

Согласно аспекту настоящего изобретения обеспечивается измерительный кристалл для использования с микрофлюидной резистивной схемой, содержащей микрофлюидную ступень подготовки пробы, выпускное отверстие для пробы и выпускное отверстие для отходов, оба во флюидной связи с упомянутой ступенью подготовки, причем измерительный кристалл содержит канал пробы для приема пробы от упомянутого выпускного отверстия для пробы, причем канал пробы содержит измерительное средство и имеет первое флюидное сопротивление; и канал отходов, принимающий поток отходов от упомянутого выпускного отверстия для отходов и имеющий второе флюидное сопротивление.

Настоящее изобретение основано на понимании того, что уравновешивание расхода пробы из микрофлюидной резистивной схемы через измерительный кристалл может значительно лучше контролироваться, когда поток отходов также подается через измерительный кристалл. Это потому, что как канал пробы, так и канал отходов проявляют одинаковое снижение характерного размера и изготавливаются в одном и том же процессе, так что изменение в размерах канала пробы и отходов становятся значительно меньше, таким образом выдавая более предсказуемую и воспроизводимую настройку расходов через измерительный кристалл. Это имеет дополнительное преимущество в том, что элемент согласования в линии отходов микрофлюидной резистивной схемы может опускаться, таким образом уменьшая сложность изготовления и стоимость микрофлюидной резистивной схемы, так как элемент согласования обычно должен иметь очень большие или очень малые размеры для достижения необходимого флюидного сопротивления. С этой целью, соотношение между первым флюидным сопротивлением и вторым флюидным сопротивлением обычно определяется заранее, чтобы гарантировать правильный расход через микрофлюидный измерительный канал измерительного кристалла.

В предпочтительном варианте осуществления соответствующие размеры канала пробы и канала отходов являются одинаковыми. Это минимизирует изменяемость в допусках изготовления канала пробы и канала отходов. Так как флюидное сопротивление масштабируется с 1/d⁴, где d представляет собой гидравлический диаметр флюидного канала, важно насколько возможно контролировать размеры (изменения в размерах) таких каналов.

В одном варианте осуществления измерительный кристалл дополнительно содержит впускное отверстие для пробы и выпускное отверстие для пробы, причем канал пробы проходит между впускным отверстием для пробы и выпускным отверстием для пробы; и впускное отверстие для отходов и выпускное отверстие для отходов, причем канал отходов проходит между впускным отверстием для отходов и выпускным отверстием для отходов.

В другом предпочтительном варианте осуществления выпускное отверстие для пробы и выпускное отверстие для отходов являются одним и тем же. Было обнаружено, что канал пробы и канал отходов могут совместно использовать одно и то же выпускное отверстие без оказания влияния на соответствующие флюидные сопротивления этих каналов. Это имеет преимущество в том, что стоимость изготовления измерительного кристалла может быть снижена, так как необходимо обеспечивать на одно выпускное отверстие меньше.

В еще другом варианте осуществления измерительный кристалл содержит множество упомянутых каналов отходов, каждый из которых предпочтительно имеет такие же размеры, что и канал пробы. Это, например, является выгодным, когда расход через канал отходов настраивается равным целому кратному от расхода через канал пробы, так что измерительный кристалл может включать в себя упомянутое целое количество каналов отходов для осуществления требуемого расхода контролируемым образом.

Упомянутые каналы отходов могут проходить между одним и тем же впускным отверстием и одним и тем же выпускным отверстием, что имеет преимущество в уменьшенной стоимости изготовления.

Предпочтительно, что измерительный кристалл представляет собой стеклянный кристалл. Стеклянные кристаллы могут изготавливаться экономически эффективно и с хорошим контролем размеров флюидных каналов через стекло, например, канала пробы и одного или нескольких каналов отходов.

Измерительное средство может содержать первую пару электродов, включающую в себя первый электрод и первый противоэлектрод, и вторую пару электродов, расположенную дальше от упомянутой первой пары электродов, причем вторая пара электродов содержит дополнительный электрод и дополнительный противоэлектрод, в котором первый и дополнительный электроды размещены так, что соединяются с одним и тем же сигналом тока, и первый и дополнительный противоэлектроды размещены так, что соединяются с заземлением. Такое размещение электродов подходит для выполнения измерения импеданса, такого как количество белых кровяных клеток. Электродами предпочтительно являются платиновые электроды.

Измерительный кристалл настоящего изобретения может быть интегрирован в микрофлюидное устройство, которое дополнительно содержит микрофлюидную резистивную схему, содержащую микрофлюидную ступень подготовки пробы, вывод пробы и вывод отходов, оба во флюидной связи с упомянутой ступенью подготовки, в котором канал пробы находится во флюидной связи с упомянутым выводом пробы, и канал отходов находится во флюидной связи с упомянутым выводом отходов.

Такое микрофлюидное устройство проявляет улучшенную управляемость точностью настройки расходов через устройство, таким образом повышая точность результатов измерения, получаемых микрофлюидным устройством.

Микрофлюидная резистивная схема предпочтительно выполняется из полимерного материала, так как он позволяет получить экономически эффективное изготовление микрофлюидной резистивной схемы с хорошим контролем размеров микрофлюидной схемы.

В предпочтительном варианте осуществления микрофлюидное устройство дополнительно содержит первое впускное отверстие для приема пробы; второе впускное отверстие для приема разбавителя; и в котором ступень подготовки пробы содержит цепочку ступеней разбавления для разбавления упомянутой пробы упомянутым разбавителем, в котором расположенная дальше ступень разбавления выполняется с возможностью дополнительного разбавления пробы, принимаемой от предыдущей ступени разбавления в упомянутой цепочке, причем первая (36) из упомянутых ступеней разбавления находится во флюидной связи с первым впускным отверстием (22′); каждая из упомянутых ступеней разбавления находится в флюидной связи со вторым впускным отверстием (24); и по меньшей мере некоторые из ступеней разбавления содержат отдельный вывод (43, 44) для подачи части принятой пробы в канал (114) отходов.

Настоящее изобретение особенно применимо к микрофлюидным резистивным схемам, в которых проба сильно разбавляется посредством подачи разбавителя из единственного впускного отверстия во множество ступеней разбавления, так как при таком устройстве большая часть пробы обычно подается в отходы, так как на каждой ступени разбавления только доля поступающей пробы объединяется с разбавителем, причем остальная часть поступающей пробы выбрасывается.

В предпочтительном варианте осуществления проба представляет собой пробу крови, и микрофлюидная резистивная схема дополнительно содержит дополнительную ступень подготовки пробы; первое дополнительное впускное отверстие во флюидной связи с дополнительной ступенью подготовки пробы для приема пробы крови; второе дополнительное впускное отверстие во флюидной связи с дополнительной ступенью подготовки пробы для подачи лизирующего агента на дополнительную ступень подготовки пробы; третье дополнительное впускное отверстие во флюидной связи с дополнительной ступенью подготовки пробы для подачи подавляющего раствора на дополнительную ступень подготовки пробы и дополнительное выпускное отверстие для пробы во флюидной связи с дополнительной ступенью подготовки пробы.

Такое микрофлюидное устройство, например, может использоваться в виде единственного устройства для выполнения FBC, при этом ступень подготовки пробы содержит цепочку ступеней разбавления, подготовляющих часть пробы крови для анализа RBC/тромбоцитов, и дополнительную ступень подготовки пробы, подготовляющую другую часть пробы крови для подсчета WBC. С этой целью, микрофлюидное устройство предпочтительно дополнительно содержит оптическую измерительную ячейку для измерения уровня гемоглобина. Эта оптическая измерительная ячейка может находиться во флюидной связи с первым впускным отверстием посредством ступени подготовки пробы, дополнительной ступени подготовки пробы или может отводиться от отдельного впускного отверстия для пробы крови.

Согласно другому аспекту настоящего изобретения обеспечивается способ изготовления измерительного кристалла для использования с микрофлюидной резистивной схемой, содержащей микрофлюидную ступень подготовки пробы, выпускное отверстие для пробы и выпускное отверстие для отходов, оба во флюидной связи с упомянутой ступенью разбавления, причем способ содержит обеспечение стеклянной подложки; формирование канала пробы через упомянутую стеклянную подложку; формирование канала отходов через упомянутую стеклянную подложку; и формирование измерительного средства в упомянутом канале пробы.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Варианты осуществления изобретения описываются более подробно и посредством неограничивающих примеров со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:

фиг. 1 схематически изображает микрофлюидное устройство;

фиг. 2 схематически изображает кристалл измерения импеданса и сигнал, создаваемый в таком кристалле;

фиг. 3 схематически изображает вариант осуществления измерительного кристалла настоящего изобретения;

фиг. 4 схематически изображает другой вариант осуществления измерительного кристалла настоящего изобретения;

фиг. 5 схематически изображает еще другой вариант осуществления измерительного кристалла настоящего изобретения;

фиг. 6 схематически изображает микрофлюидное устройство согласно варианту осуществления настоящего изобретения;

фиг. 7 изображает моделированное изменение расхода через ключевые компоненты микрофлюидной схемы как функции сопротивления измерительного кристалла в микрофлюидном устройстве известного уровня техники; и

фиг. 8 изображает моделированное изменение расхода через ключевые компоненты микрофлюидной схемы как функции сопротивления измерительного кристалла в микрофлюидном устройстве согласно варианту осуществления настоящего изобретения.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Необходимо понять, что фигуры являются просто схематическими и не выполнены в масштабе. Также необходимо понять, что одинаковые ссылочные позиции используются на всех фигурах для указания одинаковых или подобных элементов.

Настоящее изобретение относится к микрофлюидным устройствам, которые содержат множество дискретных компонентов, в частности микрофлюидную резистивную схему, которая может быть в виде картриджа одноразового использования, и измерительный кристалл. Назначением микрофлюидной резистивной схемы является подготовка пробы и представление подготовленной пробы измерительному кристаллу. В контексте настоящего изобретения термин «микрофлюидный» должен ссылаться на поведение, точный контроль и манипулирование текучими средами, которые геометрически ограничиваются объемами малого, обычно субмиллилитрового, масштаба, например, объемами мкл (микролитр), нл (нанолитр), пл (пиколитр), фл (фемтолитр).

Фиг.1 схематически изображает неограничивающий пример такого микрофлюидного устройства 10, которое включает в себя микрофлюидную резистивную схему 20 одноразового использования и измерительный кристалл 50. Микрофлюидная резистивная схема 20 выполнена с возможностью приема пробы, такой как проба RBC, во впускном отверстии 22 для пробы. Микрофлюидная резистивная схема 20 дополнительно содержит впускное отверстие 24 для разбавителя для приема разбавителя, который отводится по трем разным ответвлениям. Первое ответвление смешивается с пробой во впускном отверстии 22 для пробы и затем подводится к ступени 34 смешивания или разбавления пробы, например, змеевидной ступени, тогда как второе ответвление используется для дополнительного разбавления пробы в соединении 36. Соединение 36 обычно формируется конкретным образом для получения требуемого соотношения разбавления пробы разбавителем как, например, объясняется более подробно в WO 2010/086786. Ступень 38 разбавления пробы, например, микрофлюидная змеевидная ступень, выполнена так, что проба находится в контакте с разбавителем в течение заданного периода времени, например, периода времени, необходимого для завершения разбавления пробы и обеспечения требуемого флюидного сопротивления. В соединении 36 значительная часть разбавленной пробы, принятой от ступени 34 разбавления, подается в канал 43 отходов, тогда как (малая) доля разбавленной пробы смешивается с разбавителем из второго ответвления впускного отверстия 24 для разбавителя и подается на ступень 38 разбавления пробы. В соединении 40 проба, разбавленная на ступени 38 разбавления пробы, снова разделяется на часть, подаваемую в канал 44 отходов, при этом оставшаяся часть дополнительно разбавляется разбавителем, принимаемым из третьего ответвления впускного отверстия 24 для разбавителя, и затем подается по измерительному каналу 42 на измерительный кристалл 50. Змеевидная ступень (не показана) может присутствовать между соединением 40 и измерительным кристаллом 50 по вышеупомянутым причинам. Соединение 40 обычно принимает определенную форму для получения требуемого соотношения разбавления разбавленной пробы, принимаемой от ступени 34 разбавления пробы, с разбавителем. Подходящие варианты осуществления разбавителя были описаны, например, в WO 2010/086786.

Микрофлюидное устройство 10, показанное на фиг. 1, особенно подходит для обработки и последующего анализа пробы FBC. Однако для специалиста в данной области техники понятно, что конструкция микрофлюидной резистивной схемы 20 может быть изменена для подготовки других типов проб, например, проб мочи или слюны, а также проб для немедицинской оценки, например, проб из окружающей среды, проб продуктов питания и т.п.

Фиг. 2 изображает более подробно кристалл 50 измерения импеданса. Подробное описание такого устройства измерения импеданса можно найти в «Impedance spectroscopy flow cytometry: on-chip label-free cell differentiation», Cheung, K., S. Gawad, and P. Renaud, Cytometry A, 2005. 65(2): p. 124-132. Фиг. 2 изображает вид сбоку микрофлюидного канала через кристалл 50 и клетки 80 пробы, проходящей между электродами 52, 62 возбуждения и электродами 54, 64 обнаружения. Электрод 52 возбуждения и электрод 54 обнаружения образуют первую пару электродов, и электрод 62 возбуждения и электрод 64 обнаружения образуют вторую пару электродов.

Электроды 52 и 62 возбуждения соединены соответственно с источником 58 и 68 входного сигнала тока, например, источником входного сигнала переменного тока (AC) или постоянного тока (DC). Источник входного сигнала AC предпочтителен, так как он предотвращает электролиз на электродах. В одном варианте осуществления электроды 52 и 62 возбуждения могут совместно использовать один и тот же источник (т.е. 58=68) входного сигнала AC. Электроды обнаружения обычно соединены со схемой 70 обнаружения дифференциального потенциала, которая предпочтительно поддерживает электроды обнаружения на приблизительном потенциале заземления. Токи, проходящие через текучую среду между первой и второй парой электродов, усиливаются, и их разность определяется любым подходящим образом, например, используя общеизвестную аналоговую электронику. Синфазная и несинфазная части результирующего сигнала AC измеряются с использованием стандартной технологии вхождения в синхронизм. Без частицы, проходящей между электродами, измеряемый сигнал идеально равен нулю, хотя на практике всегда присутствует смещение из-за асимметрии кристалла и потенциальных неточностей электронных компонентов. Если частица, поступающая слева, сначала проходит первую пару электродов, создается положительный сигнал с почти гауссовой формой, так как вторая пара электродов действует в качестве опорного электрода для первой пары электродов. Когда частица затем проходит вторую пару электродов, создается отрицательный сигнал гауссовой формы, так как первая пара электродов действует в качестве опорного электрода для второй пары электродов. Результирующая антисимметричная двойная форма гауссова сигнала также показана на фиг. 2. Сигнал клетки может представлять собой выходной сигнал синхронного усилителя, измеряющего разность токов между обеими парами электродов. Таким образом может выполняться импедансная спектроскопия для разных клеток, например, RBC или WBC.

Чтобы точно определять количество клеток пробы, подаваемой через измерительный кристалл 50, должен хорошо определяться расход пробы через измерительный кристалл 50, так как количество подсчитанных клеток должно быть связано с хорошо определенным объемом пробы. Этот объем пробы устанавливается соединением 40 микрофлюидной резистивной схемы 20 и на него оказывает влияние соответствующие флюидные сопротивления микрофлюидного пути через измерительный кристалл 50 и микрофлюидный канал 44 отходов. Чтобы правильно разработать соединение 40, на этапе разработки должны быть известны эти флюидные сопротивления. Так как гидравлический диаметр микрофлюидного канала через измерительный кристалл 50 обычно значительно меньше гидравлического диаметра микрофлюидного канала 44 отходов, микрофлюидный канал 44 отходов обычно содержит элемент согласования (не показан) для согласования флюидного сопротивления микрофлюидного канала 44 отходов с сопротивлением микрофлюидного канала через измерительный кристалл 50. Гидравлический диаметр представляет собой эффективный диаметр, используемый для аппроксимации поведения некруглого канала, такого как квадратный или прямоугольный канал.

Однако, так как измерительный кристалл 50 изготавливается в другом производственном процессе, чем микрофлюидная резистивная схема 20, производственный процесс измерительного кристалла 50 обычно подвержен другим допускам, чем производственный процесс микрофлюидной резистивной схемы 20. Как ранее упомянуто, разрешающая способность микрофлюидной резистивной схемы 20 обычно выбирается более низкой, чем разрешающая способность измерительного кристалла 50. По этой причине, микрофлюидная резистивная схема 20 (одноразового использования) может дешево изготавливаться из полимерных материалов, например, пластмасс, тогда как для измерительного кристалла 50 предпочтительны стеклянные подложки, так как стекло является относительно дешевым материалом, пригодным для достижения требуемой разрешающей способности.

Следствием использования этих разных производственных процессов и разных материалов для микрофлюидной резистивной схемы 20 и измерительного кристалла 50 является то, что допуски в этих процессах и материалах могут привести к неприемлемо высокому отклонению соединения 40 от его предполагаемых характеристик, например, объем пробы, отделенной от потока отходов, является неточным. Это обычно вызывается независимыми отклонениями в размерах микрофлюидного канала 44 отходов и микрофлюидного канала через измерительный кристалл 50.

Фиг. 3 изображает измерительный кристалл 100 согласно варианту осуществления настоящего изобретения, в котором была решена эта проблема. В дополнение к микрофлюидному измерительному каналу 104, проходящему между впускным отверстием 102 и выпускным отверстием 106, измерительный кристалл 100 дополнительно содержит микрофлюидный канал 114 отходов, проходящий между впускным отверстием 112 и выпускным отверстием 116 для приема оставшейся части пробы из микрофлюидного канала 44 отходов. Микрофлюидный измерительный канал 104 может содержать любое подходящее измерительное средство, например, электродное устройство, такое как измеряющая импеданс первая пара 120 электродов и вторая пара 130 электродов, как ранее объяснено с помощью фиг. 2, или оптическое средство обнаружения, например, спектрофотометр, фотодиод и т.п.

Может быть выбран любой подходящий материал электродов. Предпочтительно, электродами являются платиновые электроды, хотя также пригодны альтернативные материалы электродов, такие как, например, оксид индия и олова (ITO), нитрид титана и нитрид хрома. Также необходимо понять, что электродное устройство, показанное на фиг. 2, было показано посредством неограничивающего примера только, и что в равной степени допустимы другие электродные устройства, такие как единственная пара электродов или длинная последовательность пар электродов, как описано в WO2010/086797 A1. Электрод может управляться любым подходящим сигналом управления, например, сигналом AC, как ранее описано, а также сигналом DC.

Так как гидравлический диаметр микрофлюидного канала 114 отходов значительно меньше гидравлического диаметра микрофлюидного канала 44 отходов, флюидное сопротивление микрофлюидного канала 114 отходов полностью преобладает над флюидным сопротивлением объединенной линии отходов, так что допуски в производственном процессе микрофлюидной резистивной схемы 20 больше не оказывают влияни на соотношение разделения пробы на соединении 40. Над этим соотношением разделения пробы теперь преобладают флюидные сопротивления микрофлюидного измерительного канала 104 и микрофлюидного канала 114 отходов соответственно. Так как микрофлюидный измерительный канал 104 и микрофлюидный канал 114 отходов формируются в одном и том же производственном процессе, могут значительно лучше контролироваться допуски на размеры микрофлюидного измерительного канала 104 и микрофлюидного канала 114 отходов, так что объем пробы, направляемой в микрофлюидный измерительный канал 104 в соединении 40, становится неизменяющимся от допусков на изготовление как микрофлюидной резистивной схемы 20, так и измерительного кристалла 100.

Здесь отмечается, что, хотя удлинение измерительного кристалла 100 микрофлюидным каналом 114 отходов увеличивает стоимость измерительного кристалла 100, общая стоимость микрофлюидного устройства, включающего в себя микрофлюидную резистивную схему 20 и измерительный кристалл 100, снижается, так как существенно снижается количество неправильно настроенных устройств, вызванных чрезмерно большими отклонениями в допусках на изготовление.

Стоимость измерительного кристалла 100 может быть снижена объединением выпускных отверстий измерительного канала 104 и микрофлюидного канала 114 отходов, как показано на фиг. 4. На фиг. 4 выпускное отверстие 116 было удалено из конструкции измерительного кристалла 100. Было обнаружено, что объединение многочисленных микрофлюидных каналов на единственном выпускном отверстии не оказывает влияние на соответствующие микрофлюидные сопротивления многочисленных микрофлюидных каналов.

Предпочтительно, что микрофлюидный измерительный канал 104 и микрофлюидный канал 114 отходов имеют одинаковые размеры, так как флюидное сопротивление R микрофлюидного канала масштабируется следующим образом: R~1/d⁴, где d представляет собой гидравлический диаметр микрофлюидного канала. Было обнаружено, что для микрофлюидных каналов, имеющих разные размеры, т.е. разные гидравлические диаметры, могут иметь место разные отклонения в допусках этих каналов, что делает более трудной настройку микрофлюидного устройства и, в частности, микрофлюидной резистивной схемы 20, включающей в себя соединение 40.

Если, все же, микрофлюидный измерительный канал 104 требует другое флюидное сопротивление, чем микрофлюидный канал 114 отходов, это предпочтительно достигается обеспечением множества микрофлюидных каналов для канала, требующего более низкое сопротивление. Каждый из микрофлюидных каналов в упомянутом множестве предпочтительно имеет одинаковый гидравлический диаметр по причинам, уже описанным выше. Неограничивающий пример такого устройства показан на фиг. 5, на которой в дополнение к первому микрофлюидному каналу 114 отходов обеспечивается второй микрофлюидный канал 114′ отходов между впускным отверстием 112′ и выпускным отверстием 116′, причем поток отходов из микрофлюидного канала 44 отходов в равной степени разделяется по первому микрофлюидному каналу 114 отходов и второму микрофлюидному каналу 114′ отходов.

Понятно, что возможны многочисленные разновидности измерительного кристалла 100, показанного на фиг. 5. На фиг. 5 два микрофлюидных канала 114 и 114′ отходов показаны посредством только неограничивающего примера. В равной степени возможно другое количество микрофлюидных каналов отходов; обычно измерительный кристалл 100 содержит N микрофлюидных каналов отходов, причем N представляет собой положительное целое число, если отношение между микрофлюидным сопротивлением микрофлюидного измерительного канала 104 и микрофлюидным сопротивлением микрофлюидных каналов отходов равно N (R₁₀₄/R_114,114′=N). Хотя показано, что два микрофлюидных канала 114 и 114′ отходов имеют отдельные впускные отверстия и выпускные отверстия, понятно, что микрофлюидные каналы 114 и 114′ отходов могут совместно использовать свои впускные отверстия и/или выпускные отверстия, или могут совместно использовать свои выпускные отверстия с микрофлюидным измерительным каналом 104. Также понятно, что вместо или в дополнение к наличию множества микрофлюидных каналов отходов, измерительный кристалл 100, микрофлюидный измерительный канал 104 также может содержать один или несколько фиктивных каналов, пре